硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金輔料，具體涉及硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 易切削鋼是主要供自動機床進(jìn)行高速切削制作機械零部件用的鋼?？煞譃榱蛳?、 鉛系、鈣系等類型，近年來隨著全球?qū)Νh(huán)境意識的提高，對環(huán)保的硫系易切削鋼需求越來越 大，為順應(yīng)市場的需求，易切削鋼的特點是硫、磷的含量較一般碳素鋼高出數(shù)倍。由于硫、磷 含量的增高，增加了鋼的易切削性能，因而大大提高機床的切削速度。因此易切削鋼主要用 于生產(chǎn)快削鋼棒，為數(shù)控車床提供生產(chǎn)精密軸類零件的原料。隨著中國制造業(yè)中心地位的 確立，國內(nèi)數(shù)控車床的使用量近年上升飛快，易切削鋼的使用前景很好。
[0003] 易切削鋼與普通鋼相比主要有幾個優(yōu)點：1.加工產(chǎn)品表面光潔度好；2.切削加工 時易斷肩；3.加工刀具受力小及能耗??；4.道具壽命長。硫系易切削鋼的主要技術(shù)難點在 于控制好其中的MnS在鋼中的分布形態(tài)及C、Si、Mn、P、S的成分比例，特別是控制好Mn、S 比例（Mn/S)和加熱溫度，對提高硫系易切削鋼的加工切削性能意義非常重要。
[0004] 易切削鋼的原理是硫化物在鋼中主要以硫化錳（MnS)的形式存在，硫化錳是有利 夾雜物在鋼切削加工時作為內(nèi)部應(yīng)力集中源易斷肩，并在刀具與加工件之間形成潤滑作 用，降低了刀具的磨損，從而改變了鋼的切削性；又由于硫化錳的存在，鋼在乳制過程中使 硫化錳沿乳制方向變形，使鋼有各向異性。申請?zhí)?01210127544. 5的發(fā)明專利提供了一 種結(jié)晶器保護(hù)渣，其化學(xué)成分重量百分比為：Si02 36. 5~42. 5%，A1203 2. 7~5. 7%，CaO 36.5 ~40.5%，Mg0 1.5 ~2.2%，Na20 1.3 ~1.9%，F(xiàn).C1.5 ~2.5%，Li20 1.8 ~2.5%， T.C2. 6 ~4. 2%，F(xiàn)6. 0 ~9. 0%，Ca0/Si02 0· 86 ~1. 11。所述保護(hù)渣熔點 1040±20°C， 粘度0. 4±0. 10Pa.S，H20小于等于0. 5%。所述保護(hù)渣能適應(yīng)鍍錫板拉速1. 4~1. 5米/ 分鐘的生產(chǎn)速度。該的保護(hù)渣能減少由于保護(hù)渣成分中Na20超標(biāo)造成的批量缺陷質(zhì)量事 故，并能提高鍍錫板系列鋼種的拉速。能夠適應(yīng)鍍錫板系列鋼應(yīng)用，但是其應(yīng)用范圍不夠廣 泛。申請?zhí)?01010247631. 5的本公司的發(fā)明專利公開了一種車輪鋼專用連鑄結(jié)晶器功能 保護(hù)材料，其原料包括：碳黑、85C、增碳劑、膨潤土粉、鎂砂、高瑩、電廠灰、石英、水渣、硅灰 石，其重量百分含量分別為 2· 0%、10%、11%、4· 5%、3· 0%、13· 0%、15· 0%、1· 0%、5· 0%、 35. 5%。所述功能保護(hù)材料在結(jié)晶器內(nèi)能較好的鋪展開，熔化均勻，渣面活躍，產(chǎn)生的渣圈 少，液渣層厚度為8~12mm，每噸鋼渣耗量為0. 35~0. 45千克/噸。所澆注鑄坯表面無清 理率均為98%以上，鑄坯皮下及內(nèi)部質(zhì)量良好，均能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的分析和闡述。
[0006] 在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，又致力于硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料的 研究，本發(fā)明提供了一種硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料及其制備方法。
[0007] -種硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，該保護(hù)材料的化學(xué)組分及 其重量百分比為：510 230.2~40.2%、〇&0 17.0~27.0%、1^20彡3.5%、厶1203 9.3~ 18. 3%、K20+Na20 2. 5~8. 5%、F2. 0~7. 0%、MgO彡8. 5%、Fe203彡2.0%。
[0008] 優(yōu)選的，所述保護(hù)材料按照重量百分含量計，由以下原料制成：預(yù)熔料55.0~ 68. 0%、碳酸鋰3. 0~6. 0%、高螢石粉6. 0~9. 0%、高鋁土 1. 5~4. 5%、冰晶石2. 0~ 6. 0%、氟化鈉L0~4. 0%、細(xì)玻璃粉L0~3. 0%、碳酸鈉4. 0~8. 0%、炭黑L0~5. 0% 和石墨3. 0~7. 0%。
[0009] 優(yōu)選的，所述炭黑為進(jìn)口炭黑。
[0010] 優(yōu)選的，
[0011] 所述預(yù)熔料成分及其重量百分比為：Si0237. 0~47. 0%、CaO30. 0~40. 0%、 A1203 3. 0 ~10. 0%、R20 6. 0 ~16. 0%、F1. 0 ~10. 0%。
[0012] 優(yōu)選的，所述R20包括Li20、Na20、K20三種混合物。
[0013] 優(yōu)選的，所述保護(hù)材料的二元堿度（Ca0/Si02)為0.50~0.9、粘度為1.5~ 2. 5Pa·S、半球點 1150 ~1250°C、游離碳 8. 0 ~16. 0。
[0014] -種硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料的制備方法，包括以下步驟： 將保護(hù)渣原料按目標(biāo)成分稱量，進(jìn)行機械攪拌，使得各成分均勻混合，然后采用感應(yīng)爐將混 合后樣品加熱至1150~1250Γ熔化，除去揮發(fā)分和氣體物質(zhì)，各組分間形成復(fù)雜的固溶 體，將熔融態(tài)渣倒入水中急冷得到玻璃態(tài)保護(hù)渣塊體，將保護(hù)渣塊體進(jìn)行機械破碎碾磨后 得到所需的保護(hù)渣粉體，粉體為粒徑在0. 1~0. 8毫米范圍內(nèi)的中空球狀顆粒。
[0015] 其中，所述預(yù)熔料制備的工藝流程為：研磨粗粉碎一攪拌一高溫煅燒一水淬一烘 干一研磨粉碎300~400目一入庫。所述預(yù)熔料由廢玻璃渣、石英礦石、焦炭粉末、低品位 螢石、蘇打組成。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：
[0017] 本發(fā)明的硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，以較低的二元堿度促使 渣膜的玻璃化傾向大，能夠保證潤滑，減少粘結(jié)風(fēng)險。以相對較高的半球點設(shè)計來適應(yīng)硫系 易切削用鋼中上浮的夾雜物較多，保護(hù)渣的熔化溫度對渣吸收夾雜物能力及潤滑作用都有 較大影響的特點，提高了保護(hù)渣的融化過程中的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。
[0018] 進(jìn)口炭黑的吸碘值以及分散性優(yōu)于國產(chǎn)炭黑，在保護(hù)渣生產(chǎn)過程中能夠很好的分 散到制漿過程中的礦物質(zhì)中，起到保護(hù)渣中渣子的炭骨架分子。
[0019] 本發(fā)明自主設(shè)計研發(fā)了預(yù)熔料的配方及其制備工藝，預(yù)熔料的比重在整個保護(hù)渣 中占一半以上，本發(fā)明配制的預(yù)熔料能夠與保護(hù)材料的其他組分互相促進(jìn)保證保護(hù)材料的 穩(wěn)定性。
[0020] 按照本發(fā)明的方案，所設(shè)計出的顆粒中空狀功能保護(hù)材料，粒度顆粒大小均勻，通 透性良好；在結(jié)晶器內(nèi)能合適鋪展，沒有燒結(jié)、結(jié)團發(fā)生；在結(jié)晶器內(nèi)熔化均勻，達(dá)到了穩(wěn) 定的三層結(jié)構(gòu)；渣面活躍，火苗大小合適，產(chǎn)生的渣圈較少；液渣層厚度為8-10毫米；每噸 鋼渣耗量為〇. 3-0. 5千克/噸；結(jié)晶器內(nèi)摩擦力大小合適，熱流曲線穩(wěn)定，在澆注過程中無 任何異常發(fā)生；所澆注鑄坯表面、皮下及內(nèi)部質(zhì)量良好，能滿足市場要求。
[0021] 以河南濟源特鋼連鑄機采用上海重礦方坯8機8流直弧型連鑄機，弧形半徑10 米，結(jié)晶器銅管有效長度900毫米，結(jié)晶器設(shè)有液面自動控制系統(tǒng)和電磁攪拌系為例。主要 的鋼水成份及工藝參數(shù)如下表1.
[0022]表 1
[0023]
[0024] 硫與鐵易形成FeS，其熔點1190°C，F(xiàn)eS與Fe可形成共晶體（Fe+FeS)，其熔點為 988°C，當(dāng)鋼熱加工到1050°C時共晶體（Fe+FeS)呈融熔態(tài)，造成鋼的脆化稱熱脆。鋼中含較 高的硫同時又含有較高的錳時，易形成較多硫化錳（MnS)顆粒，破壞了鋼基體的連續(xù)性，切 削加工時使鋼的切肩易于碎斷，并在切削過程中MnS具有潤滑作用。
[0025] 試驗結(jié)果表明：試驗用鋼中易切削相主要為MnS、Pb、Te相。熔煉后熱乳棒材中MnS 夾雜物細(xì)小、呈橢圓形均勻分布，在冷拉成線材后橫向上則呈橢圓形，縱向呈串鏈狀沿鋼乳 制方向斷續(xù)分布。Pb、Te及其混和物相呈細(xì)小顆粒狀分布于鋼基體中，或分布在MnS兩側(cè)。 鋼中的Cr、Mo碳化物脆性相，與MnS夾雜物共生，在乳制過程中被破碎，呈串鏈狀、斷續(xù)分 布，對改善硫化物的形態(tài)有重要作用，且有利于提高鋼基體的強度。
[0026] 本發(fā)明硫系易切削用鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，必須實現(xiàn)兩大功能和體現(xiàn) 出五大冶金作用。兩大功能，一是保證連鑄工藝穩(wěn)定順行，二是提高鑄坯的表面和皮下質(zhì) 量。五大作用分別是：a絕熱保溫，減少鋼液熱損失，抑制結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)搭橋和結(jié)殼（冷鋼）， 提高彎月面溫度，維持渣道暢通；b隔絕空氣，防止鋼液二次氧化；c潤滑鑄坯，減少鑄坯粘 結(jié)；d改善結(jié)晶器傳熱，進(jìn)而減少鑄坯表面缺陷；e吸收非金屬夾雜物，熔渣可以同化鋼渣界 面上浮的夾雜物，保證熔渣熔化的均勻性和穩(wěn)定性（化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性），減少功能保 護(hù)材料變性。
[0027] 在連鑄過程中，由于鋼液二次脫氧所產(chǎn)生的夾雜物，會有一部分在結(jié)晶器中上浮， 鋼水中的錳在高溫中氧化為MnO,在連鑄過程中MnO積聚在熔渣中，結(jié)晶器內(nèi)的保護(hù)渣與鋼 液間發(fā)生界面反應(yīng)，反應(yīng)形式為Mn+FeO=MnO+Fe;另外鋼水中硫與鐵易形成FeS，鋼中含較 高的硫同時又含有較高的錳時，易形成較多硫化錳（MnS)。如果熔渣不能熔解這些聚集物， 就可能出現(xiàn)兩